《混凝土结构设计方法》.doc
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结构设计的主要目的是保证所建造的房屋安全适用,能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求,并且经济合理.《建筑结构设计统一标准》规定,建筑结构必须满足以下四项基本...*第二章 混凝土结构设计方法
提要:在以后各章将讨论各种基本构件及不同结构的设计计算,这些构件和结构的型式虽然不同,但计算都采用相同的方法——概率极限状态设计法。因此,在讨论具体的构件和结构设计之前,先介绍概率极限状态设计法。
本章学习要点:
1、了解结构可靠度的概念;
2、了解极限状态设计法的基本原理;
3、掌握荷载和材料强度的取值方法;
4、掌握极限状态设计表达式的基本概念及应用。
§2-1 极限状态设计法的基本概念
一、结构的功能要求:
结构设计的主要目的是保证所建造的房屋安全适用,能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求,并且经济合理。《建筑结构设计统一标准》规定,建筑结构必须满足以下四项基本功能要求:
1、结构在正常施工、正常使用条件下,能承受可能出现的荷载及变形。
2、正常使用时的良好工作性能。
3、在正常维护下具有足够的耐久性,如材料风化、老化、腐蚀不超过一定的限度。
4、在偶然事件发生时或发生后,仍然能保持必要的整体稳定性。
上述四项功能要求分别属于安全性、适用性和耐久性。这三者也统称为结构的可靠性。所以可以说“结构的可靠性是安全性、适用性和耐久性的统一”。
二、结构可靠性、可靠度的定义
可靠性:结构在规定的时间内,规定的条件下,完成预定功能的能力。
可靠度:指结构在规定时间内,规定条件下完成预定功能的概率,即结构可靠度是可靠性的概率度量。
﹡“规定时间”及“规定条件”的含义。
﹡设计使用年限:指设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期,即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。
注意: = 1 \* GB3 ①设计使用年限并不等同于结构的寿命;
= 2 \* GB3 ②这一时期的长短与一个国家在一定时期的国民经济发展水平有关;
= 3 \* GB3 ③可靠性与经济性的统一是结构设计的基本原则。
三、结构的安全等级
四、结构的极限状态
1、极限状态的概念
整个结构或结构的一部分超过某一个特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态称为结构的极限状态。
有效状态与失效状态:二者的分界即是极限状态,显然“极限状态提供了判断结构失效与有效的界限标准”。
2、极限状态的分类
(1)承载能力极限状态:p40 被超越的判断;
(2)正常使用极限状态:p41 被超越的判断。
五、结构上的作用、作用效应和结构的抗力
1、作用与作用效应
(1)定义:使结构产生内力和变形的所有原因。
﹡直接作用与间接作用
﹡作用与荷载的区别与联系
(2)作用的分类:
(3)作用效应:
2、结构的抗力
结构的抗力是指整个结构或构件承受内力和变形的能力。
﹡混凝土结构构件的截面尺寸、混凝土强度等级以及钢筋的种类、配筋数量和方式确定后,构件便具有一定的抗力。抗力可以按一定的计算模式确定。
﹡影响抗力的因素:材料性能、几何参数、计算模式。
§2-2 结构的可靠度
一、结构设计问题的不确定性
引子:作用效应 结构的抗力
若
1、作用与作用效应的不确定性(以荷载与荷载效应为例)
(1)荷载本身的变异性
恒载:材料密实程度变化,施工偏差引起构件尺寸变化。
活载:大小和位置均变化。
(2)内力计算假定与实际受力情况之间的差异。
2、结构抗力的不确定性
(1)结构材料性能的变异性,是影响结构抗力的主要因素;
(2)结构构件的几何参数的变异性;
(3)结构构件抗力计算模式的不确定性。
﹡作用、作用效应和结构抗力都具有不确定性。具有不确定性的现象称为随机现象,表示随机出现各种结果的变量称为随机变量。
二、数理统计中的几个基本概念
1、随机变量的统计特征值:
平均值:
标准差(均方差):
变异系数:
标准差是衡量随机变量离散程度的特征值,值越大,离散性越大。虽然能反映随机变量绝对离散程度大小,但不能判别不同算术平均值的各随机变量离散程度的不同。引入,可以反映随机变量的相对离散程度。
2、正态分布的概念
正态分布的概率密度函数:
,
其概率密度曲线如图2-1所示。
可见越大,曲线越扁平,随机变量分布越分散。
3、保证率
根据概率论,区间 内事件发生的
概率可以表示为: 图2-1 正态分布概率密度曲线
如图2-2所示,某一随机变量的分布曲线与横轴之间的总面积(-∞,+∞)代表总概率为100%,为某一个定值,则随机变量的值不小于的概率可
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